第10章 氢和稀有气体

第10章氢和稀有气体 Chapter10Hydrogen NobleGases 10 1氢10 1 1氢及其化合物10 1 2氢能源10 2稀有气体10 2 1稀有气体10 2 2价层电子对互斥理论简介 2 同一种元素的原子具有不同的质量数 这些原子就叫同位素 氢有三种同位素 它们具有相同的电子层结构 核外均有一个电子 所以化学性质基本相同 但质量数不同 质量数产生差异的原因是原子核中含有不同的中子 由于质量相差较大 从而导致其单质和化合物在物理性质上有差异 10 1氢10 1 1氢及其化合物 氢的同位素 3 氢的性质 常温下 H2是无色 无臭 无味的可燃性气体 几乎不溶于水 273K时 1体积的水仅能溶解0 02体积的氢 由于分子间色散力很小 难以液化 通常把它压缩装入钢瓶中使用 氢原子的价电子层结构为1s1 电负性为2 2 当氢原子同其他元素的原子化合时 具有如下成键特征 离子键 共价键 氢键 特殊键型 常温下 氢气在暗处与单质氟迅速反应生成HF 但不与其他卤素或氧发生反应 高温下氢气是非常好的还原剂 氢可使许多有机化合物加氢还原 原子氢是一种比分子氢还原性更强的还原剂 4 氢化物 氢能源 1 氢能源的优点 1 氢气可以燃烧并在燃烧时放出大量的热 2 氢气作为气体燃料 它对环境不会造成污染 燃烧后的产物是水 而且氢气本身也无毒 3 资源丰富 在地球上水是最丰富的资源 以水作为原料制氢 氢可以反复使用 4 运输方便 可采用管道运输 也可将H2液化 利用液化H2储罐 储运 离子型氢化物如 LiH NaH CaH2等共价型或分子型氢化物 CH4 NH3 BeH2 MgH2AlH3等金属型或过渡型氢化物 VH1 8 TaH0 76 LaNiH5 7等 5 几种物质的燃烧值 2 氢的发生和储存 第一种储存法是在高压下 令氢气连续冷冻和绝热膨胀 使之液化成为液态氢 使用耐高压的特制容器储存 另一种储存法是使用储氢材料 金属或合金 生成金属型氢化物 使氢成为一种凝聚的形式 氢的固定 称为可逆储氢 La Ni合金 LaNi5 的吸氢反应如下 LaNi5 3H2 LaNi5H6 6 10 2稀有气体 10 2 1稀有气体的发现 Ar 稀有气体 HeNeArKrXeRn 空气分馏氮 1 2572g L 1化学法制备氮 1 2505g L 1 价层电子构型 ns2np6零族元素 或VIIIA族 氦氖氩氪氙氡 1968年 法国天文学家简森发现了He 1894年 英国物理学家瑞利发现了Ar 被称为 第三位小数的胜利 1898年 英国化学家拉姆赛发现了Kr Ne Xe 1900年 德国物理学家道纳发现了Rn 7 10 2 2稀有气体的性质 HeNeArKrXeRnI1 kJ mol 1237220871527135711761043m p 272 249 189 157 112 71S ml kgH2O8 610 533 659 4108230临界温度 K5 2544 5150 9209 4289 7378 1临界压力 105Pa2 2927 4548 9555 0158 3663 23 稀有气体的物理性质 临界温度就是某种气体能压缩成液体的最高温度 高于这个温度 无论多大压力都不能使它液化 这个温度对应的压力就是临界压力 8 1962年3月 英国化学家巴特列特用PtF6的蒸气与O2等摩尔比在室温 21 条件下混合反应 制成一种橙黄色的固体 经X光衍射及其它实验 确定此化合物的分子式为O2PtF6 这是人类第一次制得O 2的盐 证明PtF6是能够氧化氧分子的强氧化剂 10 2 4稀有气体化合物 这个发现启迪了巴特莱特的智慧 他十分敏锐的思索着这样一个重要的问题 可以合成 XePtF6 9 巴特莱特采用合成O2PtF6相似的方法 将氙与六氟化铂的蒸气按等摩尔在室温 25 下混合 果然制得了分子式为XePtF6的橙黄色固体 不溶于CCl4 其反应为 Xe PtP6 XePtF6 这是人类历史上首次合成的 惰性 气体化合物 从此 惰性气体 名称才被 稀有气体 代替 10 基本要点 分子或离子的空间构型与中心原子的价层电子对数目有关 价层电子对尽可能远离 以使斥力最小 相互排斥力 LP LP LP BP BP BP 10 2 4价层电子对互斥理论 VSEPR 11 推断分子或离子的空间构型的具体步骤 确定中心原子的价层电子对数 以AXm为例 A 中心原子 X 配位原子 A的价电子数 主族序数 配体X H和卤素每个原子各提供一个价电子 氧与硫不提供价电子 正离子应减去电荷数 负离子应加上电荷数 例 VP 6 4 0 2 4 12 确定电子对的空间构型 VP 2直线形 VP 3平面三角形 VP 4正四面体 VP 5三角双锥 VP 6正八面体 13 确定中心原子的孤对电子对数 推断分子的空间构型 LP 0 分子的空间构型 电子对的空间构型 VP 2 2 2直线形 VP 3 3 3平面三角形 VP 4 4 4四面体 VP 5 5 5三角双锥 VP 6 6 6八面体 例如 14 LP 0 分子的空间构型不同于电子对的空间构型 3 4 6 1 1 2 1 2 SnCl2 平面三角形V形 NH3 四面体三角锥 H2O 四面体V形 IF5 八面体四方锥 XeF4 八面体平面正方形 15 VP 5 电子对空间构型为三角双锥 LP占据轴向还是水平方向三角形的某个顶点 原则 斥力最小 例如 SF4VP 5LP 1 LP BP 90o 32 结论 LP占据水平方向三角形 稳定分子构型为变形四面体 16 三角双锥变形四方体SF